-复合材料认识实习报告
复合092 06#王忠华
2011年10月
通过今天的实习，使我对复合材料的基本知识有了一个较为深刻的认识, 对复合材料的成型工艺有了一个大体的印象。下面将今天的所学、所观、所感记录下来。
10月25日青岛昊天船艇有限公司
主要内容：讲解，自我认识与接触。
公司负责人，解老师
一、首先对船体玻璃钢进行简要介绍：
1.玻璃钢（玻璃纤维增强塑料，GFRP或FRP），由合成树脂和玻璃纤维经复合工艺制作而成的一种功能型复合材料。
性能特点：密度小，强度大，瞬间耐高温特性，良好的耐酸碱腐蚀性及不易导热性、电绝缘性，但硬度还是比不上钢铁，当然这是复合材料的通病了. 所以易做船体或游艇外壳。
2.对树脂的认识：
⑴ 按分子结构：邻苯型、对苯型、间苯型、双酚A型、乙烯基型。
⑵ 按功能：阻燃、耐热、光稳定、耐候、通用型等。
昊天船艇公司用的就是多种不饱和聚酯树脂，不饱和聚酯树脂是复合材料生产中用量最大的树脂，由含有不饱和键（固化时不饱和键打开交联）的多元酸及多元醇反应生成。
不饱和聚酯树脂：196#不饱和聚酯树脂，SR-1水溶性聚酯树脂，23#聚酯树
脂，低收缩聚酯树脂，模具胶衣，固化剂02#,脱模剂01# 用于玻璃钢、纽扣、家具、雕塑及防腐。
3 ?玻璃纤维及制品：
⑴ 玻璃纤维：EC9-32，EC9-32X 3，EC-96X 5，EC11-2000等。
⑵ 玻璃布：EWR800，EWR700 （单向布），EWR600，EWR400, EW170，
EW13# 等。
二、聚合物基复合材料（游艇模具）成型工艺：
当然这一块公司并没有过多介绍，相对而言公司的手糊成型工艺较为简单，
只是耗费劳动力而已?
1 ?热塑性树脂挤出成型工艺：
⑴挤出成型工艺是借助旋转螺杆的推挤，使处在一定温度和压力下呈熔融流
动状态的热塑性物料连续地通过一个口模，然后降低温度，硬化定型，得到
口模所限定形状的复合材料型材。
⑵ 热塑性复合材料挤出造粒及应用：目前挤出成型主要用在热塑性复合材料
的造粒和型材生产两个方面。在热塑性树脂中加入一定比例的短切玻璃纤
维，进行预处理后，利用双螺杆挤出机和特制的复合机头进行挤出造粒。该
粒料即可用于注射成型最终使用产品。不同树脂基的复合材料，有着不同的
使用场合；如无梭织机的剑长，剑轮和气象部门使用的高刚性、耐老化、耐
大气腐蚀的测风气件等。
⑶ 双螺杆挤出机作用：强制输送、混合作用、自洁作用、压延效应。
2?热固性复合材料成型工艺：
SMC模压、缠绕、拉挤、RTM、手糊成型、不饱和聚酯加工及玻璃纤维拉丝。
⑴树脂生产工艺
⑵纤维生产（玻璃纤维）：
我国玻璃纤维生产，中碱纤维：无碱纤维=2: 1。
⑶ 玻璃纤维分类：E—玻璃纤维（电绝缘性，无碱玻璃纤维）
C—玻璃纤维（耐化学腐蚀性，中碱玻璃纤维）
A —玻璃纤维（高碱玻璃纤维）
S/R—玻璃纤维（高强度）
M —玻璃纤维（高模量）
AR —玻璃纤维（耐碱玻璃纤维）
D —玻璃纤维（低介电）
⑷手糊成型：用不饱和聚酯树脂、环氧树脂等室温固化的热固性树脂（就是游艇外壳），将玻璃纤维及其织物等增强材料粘结在一起的一种无压或低压成型方法，这就是公司的主要工艺.
⑸SMC模压工艺：将一定量的模压料在金属制件的对模内，于一定温度和压力下压制而成的玻璃钢制品。
⑹树脂传递模塑RTM
⑺缠绕工艺
⑻ 拉挤工艺：玻璃钢拉挤型材是以树脂为基体，玻璃纤维为增强材料，配合一定助剂，经拉挤工艺连续生产的一种型材。
学习感受：在对复合材料定义认识的基础上，了解了复合材料的种类，制造复合材料的生产过程及分类。对参观的工厂情况有了大致印象。
下面重点由该公司负责人介绍游艇外壳（玻璃钢）组成材料及手糊工艺；参观游艇及手糊车间。
I、手糊成型工艺：
1 ?定义：玻璃钢成型加工成型工艺，以手工方式或简单工具辅助铺放增强材料浸渍树脂成型玻璃钢制品的一种工艺方法。
2 ?玻璃钢成型工艺：
手糊为最基础的成型工艺，此外据我了解有RTM、模压、层压、SMC、BMC、拉挤、喷射等。
⑴手糊成型工艺特点：
①低压接触成型。
人工成本低，手糊在我国所占的市场份额较发达国家高。
（2）主要原材料：
①树脂：
a不饱和聚酯树脂（UP）196# （通用牌号）
191# 195# （透明制品）
33# 34# （胶衣树脂，耐热）
b.环氧树脂E42 E44 616 618
c.乙烯基树脂
d ?酚醛树脂由于对生产者身体伤害较大，一般不用于手糊。
②增强材料：玻璃纤维主要选用无碱及中碱玻纤，高模及高强玻纤也有选用。水泥基复合材料一般用高碱玻纤。
织物形态：玻璃布、表面毡、针织毡、复合毡。
③助剂：用量少，但有重要作用。
a.固化剂：过氧化物，如过氧化甲乙酮、过氧化二苯甲酰。
b.促进剂：促进反应，如萘酸钻（环烷酸钻）、环己酮。例如不饱和聚酯与
苯乙烯单体加入过氧化甲乙酮促使反应发生，使反应物由液态变为固
^态。
④添加剂:
a.填料：降低成本，降低树脂固化收缩，改善树脂性能。
b.触变剂：利用分子间粘合力。
c?增稠剂：增加树脂粘度，利于固化。
d.增韧剂：增加树脂韧性，降低脆性。
e.抗紫外线添加剂
f.低收缩添加剂：降低树脂收缩率。
（3）手糊成型玻璃钢过程：
总体过程：原材料准备、模具加工制作、产品成型、后处理。
①模具的加工制作：
a.材料：木材、石膏、金属、蜡。
模具初制：遵循“少量多次”原则。
胶衣配制：例如196#树脂100份，固化剂（过氧化甲乙酮）2份，促进剂1—4份。配比时，应先向树脂中加入固化剂，搅拌均匀后，加入促进剂，
此时固化剂已被稀释，不会发生强烈反应（固化剂促进剂不得同时加入，因为发生强烈氧化还原反应，轻则产生大量热，重则冒黑烟，发生火灾、爆炸）。若胶衣短期使用，固化剂促进剂可同时加入；长期使用可采用预促型树脂（树脂+促进剂）。
例：E44环氧100份，固化剂（三乙基四胺）10—12份，稀释剂10—15 份；一次积层厚度w 7mm （推荐4mm）；胶衣用量：两遍，每遍用量300
—500g/m A2o
②工艺参数设计：
t = m ? k t:厚度，mm. m：单位面积质量，Kg. k：厚度系数。
t = t （玻纤）+ t （树脂）=1 X 0.34+1 X 0.90=0.34+0.90=1.24mm 层数n = A/t
例：用200g/m A2的玻璃布，含胶量50%,制品厚度6mm,需多少层200g/m A2 的玻璃布？（S=1 mA2）
t = m （纤维）? k （纤维）+m （树脂）? k （树脂）=0.2X 0.9+0.2X 0.34=0.2 x 1.24=0.248mm
Problem Set #1 Handed out: Oct 17th , 2013 Due: Oct 24th , 2013 1. Expand the following tensor equations (Note the Kronecker delta in a and c ) a) 1[(1)]mm T E αβ αβαβαβευσδσδα=-+-? b) 1F F αβσγαβσγαβαβσσσ+= c) 1mn ms n a b δ= d) 1i i B A αα= （4 points ） 2. Based on the ‘Rigorous handling of 2D model’ in the course note, determine for a volume fraction ()a /a b +equal to 0.6: a) The stress in the broken fiber b) The stress in the unbroken fiber c) The shear stress in the matrix Try do this for the length equal to 10, 50, 100 fiber diameters. Base on your graphical results, answer the following questions: a) What is the effect of changing the overall length? b) What happens when the overall length is 10 fiber diameters? c) For the case that the fiber total length is more than 50 times of the fiber diameter, how far from the break point must one go to achieve 99% of the original applied stress in the broken fiber? （12 points ） Note: 1) 0.083= 2) When max 50ζ≥, max tan()1κζ≈, the equations can be simplified. 3) The purpose of this excise is to learn and practice how to write a small MATLAB program and draw the scientific figures. More attention should be paid to the following MATLAB commands,
复合材料结构力学作业-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
一． 对材料AS4/3501-6进行设计 已知61.1,134.0,3.0,86.6,65.9,2.147======ρυmm t GPa G MPa E MPa E T L MPa S MPa Y MPa Y MPa X MPa X C T c T 105,186,4.49,1468,2356=-==-== 最大正应力准则为pi pi T pi T pi C pi T S Y Y X X R 12 222211 11 , , min σσσσσ= 1 2 STEP I Special Stacking Sequence (SSS) （一） 在Task I 载荷作用下 已知Longitudinal Load =100 kN ，Transverse Load =-5 kN ， Shear Load =30 kN 外加载荷可等效为{}{}m kN N N N N T T /600502000 1222 11-== 对[]0n S 度铺设层合板, {}MPa T 4478373 14925 }{-=σ,带入最大正应力准则得 N=max{6.3349,2.0054,42.6476}=42.6476，所以[]0n S 所需的最小层数为42.6层，且12σ先破坏 对[]90n S 度铺设层合板 {}{}MPa T 447814925 373 --=σ N=max{0.2541,302.1255,42.6476}=302.1255，所以[]90n S 所需的最小层数为302.1255层，且22σ先破坏 对[](45)n S ±度铺设层合板
暨南大学研究生课程论文 题目：复合材料结构力学认识 学院：理工学院 学系：土木工程 专业：建筑与土木工程 课程名称：复合材料结构力学 学生姓名：陈广强 学号：1339297001 电子邮箱：chengq09@https://www.doczj.com/doc/c77982924.html, 指导教师：王璠
复合材料结构力学认识 主题词：复合材料力学；复合材料结构力学；力学特性；力学基础复合材料结构力学研究复合材料的杆、板、壳及基组合结构的应力分析、变形、稳定和振动等各种力学问题，，在广议上属于复合材料力学的一个分支。由于其内容丰富，问题重要和研究对象不同，已成为和研究复合材料力学问题的狭义复合材料力学并列的学科分支。 一、复合材料结构力学研究内容和办法 目前复合材料结构力学以纤维增强复合材料层压结构为研究对象，主要研究内容包括：层合板和层合壳结构的弯曲，屈曲与振动问题，以及耐久性、损伤容限、气功弹性剪裁、安全系数与许用值、验证试验和计算方法等专题。研究中采用宏观力学模型，可以分辩出层和层组的应力。这些应力的平均值为层合板应力。研究方法以各向异性弹性力学方法为主，同时采用有限元素法、有限差分法、能量变分法等方法。对耐久性、损伤容限等较新的课题则采用以试验为主的研究方法。 二、复合材料结构的力学特性 1、复合材料的比强度和比刚度较高 材料的强度除以密度称为比强度；材料的刚度除以密度称为比刚度。这两个参量是衡量材料承载能力的重要指标。比强度和比刚度较高说明材料重量轻，而强度和刚度大。这是结构设计，特别是航空、航天结构设计对材料的重要要求。现代飞机、导弹和卫星、复合电缆支架、复合电缆夹具等机体结构正逐渐扩大使用纤维增强复合材料的
一． 对材料AS4/3501-6进行设计 已知61.1,134.0,3.0, 86.6,65.9,2.147======ρυmm t GPa G MPa E MPa E T L MPa S MPa Y MPa Y MPa X MPa X C T c T 105,186,4.49,1468,2356=-==-== 最大正应力准则为pi pi T pi T pi C pi T S Y Y X X R 12 222211 11 , , min σσσσσ= 1 2 STEP I Special Stacking Sequence (SSS) （一） 在Task I 载荷作用下 已知Longitudinal Load =100 kN ，Transverse Load =-5 kN ， Shear Load =30 kN 外加载荷可等效为{}{}m kN N N N N T T /600502000 1222 11-== 对[]0n S 度铺设层合板, {}MPa T 4478373 14925 }{-=σ,带入最大正应力准则得 N=max{,,}=，所以[]0n S 所需的最小层数为层，且12σ先破坏 对[]90n S 度铺设层合板 {}{}MPa T 447814925 373 --=σ N=max{,,}=，所以[]90n S 所需的最小层数为层，且22σ先破坏 对[](45)n S ±度铺设层合板 45度 { }{}MPa T 3.19125.1801.5496-=σ, N=max{,,}= -45度 { }{}MPa T 3.19127.3808.1218=σ, N=max{, ,}= 所以对[](45)n S ±度铺设层合板,共需要*4=层，且12σ先破坏
主要研究领域有：板壳的非线性力学、复合材料结构力学、结构动力学弹塑性动力学、包装力学、结构损伤检测、结构减振降噪理论及技术、结构检测加固、岩土力学与工程、阻尼材料与振动控制、新型材料动态本构关系、智能结构与微机电系统、压力容器理论与设计、传感器灵敏元件理论与设计、结构随机非线性振动理论与计算力学方法、结构的安全及可靠度研究、高性能混凝土与新型纤维混凝土、粘弹性材料本构分析、大跨度桥梁的理论与设计等。其中，在板壳结构分析与应用、包装力学、结构损伤检测理论与应用等领域形成了明显的特色和优势，凝聚了一批在国内外有影响的青年学者，特别是在板壳非线性微分方程求解、板壳的非线性理论与计算、板壳理论的工程应用等三个方面，优势突出。 一、板壳结构分析与应用 本方向主要研究内容、特色优势、已取得代表性科研成果、在研代表性项目和可能取得的突破： 板和壳是固体中最常见的物体形式,是具有优良特性的结构元件，因此板壳结构分析是现代力学中特别引人注目的一个分支,几乎与一切工程设计都有关系,尤其对航天、航空、航海、机械、石油、化工、建筑、水利、动力、仪表、交通等工程设计更具有指导意义。因此,该研究方向的特点就是该方向学术带头人刘人怀院士近40年在板壳结构领域进行了系统性创新研究并将成果应用到上述工程领域中。 本研究方向的主要从事以下几方面的研究： 1．板壳非线性理论与工程应用 （1）自1910年von Karman开创板壳非线性理论研究以来，这一方向的研究成果已为世界在20世纪的发展做出了突出的贡献。但在前50年，因非线性数学缘故，发展缓慢，因此，寻求非线性微分方程解法成为关键。在解析法的精确解法方面，刘人怀教授提出了修正幂级数方法，成功求解了最高阶导数项带有小参数的非线性微分方程。在解析法的近似解法方面，刘人怀教授和叶开沅共同提出了修正迭代法，成功地求解了一系列板壳非线性微分方程，其成果获广东省自然科学一等奖 （2）结合工程实际，对波纹板壳、单层板壳、双金属旋转扁壳、夹层板壳、复合材料层合板壳和网格扁壳等6类板壳，进行了非线性弯曲、稳定和振动问题的研究，多数属国际先行探索。前三类板壳主要作为精密仪器仪表和传感器的心脏—弹性元件，研究了7种波纹膜片，7种跳跃膜片和U型波纹管,其设计公式已在我国主要厂、所使用，结束了国内产品依赖外国公式加经验设计的历史。系统地研究了复合材料层合板壳和夹层板壳的非线性问题，这两类板壳的研究为飞行器结构等设计提供了科学依据。其成果获国务院侨办科技进步一等奖。运用等效原则，建立了单、双层网格扁壳非线性理论，为大型公共建筑的屋盖结构、大型储油罐新型顶盖等设计提供了理论依据，并获2000年国家自然科学基金资助。利用该理论对广州新白云国际机埸主航站楼的大跨度钢结构进行了稳定性分析。成果《复合材料基本力学问题的理论研究》2005年获广东省科学技术一等奖 2．板壳线性理论与工程应用
第二章 各向异性材料的弹性力学基础 §2.1各向异性材料的应力应变关系 一、基本假设 1. 材料处于线弹性状态：纤维肯定是线性的，树脂有线性段。 2. 单元体是均匀的：条件是单元要比纤维直径大的多。 3. 单元体是连续的：在单元体内，纤维与基体中无气泡（空穴）。 4. 单元体是各向异性的线弹性体，E 、b σ都有方向性。 用一句话来概括就是：单元体是均匀连续的各向异性线弹性体。 二、各向异性材料的应力应变关系 根据广义虎克定律，各向异性材料单元体的应力应变关系是 x σ＝C 11x ε＋C 12y ε＋C 13z ε＋C 14yz γ＋C 15zx γ＋C 16xy γ y σ＝C 21x ε＋C 22y ε＋C 23z ε＋C 24yz γ＋C 25zx γ＋C 26xy γ z σ＝C 31x ε＋C 32y ε＋C 33z ε＋C 34yz γ＋C 35zx γ＋C 36xy γ yz τ＝C 41x ε＋C 42y ε＋C 43z ε＋C 44yz γ＋C 45zx γ＋C 46xy γ （2.1—1） zx τ＝C 51x ε＋C 52y ε＋C 53z ε＋C 54yz γ＋C 55zx γ＋C 56xy γ xy τ＝C 61x ε＋C 62y ε＋C 63z ε＋C 64yz γ＋C 65zx γ＋C 66xy γ
上式简写成矩阵形式 {σ}＝[C] {ε} ［C ij ］是一个6×6的刚度矩阵，有36个刚度系数。 单元体的应变能密度函数为 U ＝2 1 （x σx ε＋y σy ε＋z σz ε＋yz τyz γ＋zx τzx γ＋xy τxy γ） （2.1－2） 把根据弹性力学中的变分原理,应变能密度函数U 有如下特性 x x U σε=?? y U ε??＝y σ z U ε??＝z σ yz U γ??＝yz τ zx U γ??＝zx τ xy U γ??＝xy τ 若把（2.1－1）式中x σ代入第一式，两边对y ε求偏导数可得 y x U εε???2＝C 12 同理把y σ代入第二式两边对x ε求偏导数可得 x y U εε???2＝C 21 因为求导与微分先后顺序无关， ∴得 C ij ＝C ji 这表明[C]矩阵是一个对称矩阵，原来36个刚度系数就只有21个了。 1. 单对称材料（具有一个弹性对称面）